综述：四元张力环体系（氮杂环丁烷、硫杂氮环丁烷、氧杂氮环丁烷）合成方法的全面评述

　　本综述重点推荐无过渡金属参与下，氮杂环（如异喹啉、咪唑等）与亲电炔烃（如炔酮、炔酯等）通过形成1,3(4)-偶极复合物（两性离子，zwitterions）触发级联反应，实现N-/C-官能团化、环化、开环及扩环等精准合成。该策略避免重金属污染，为构建复杂含氮杂环（如吡咯并咪唑、吲哚嗪等）及开发新型荧光团（如14元大环diazaheterocycles）提供绿色高效途径。

　　

引言

氮杂环化合物的官能团化是杂环化学中传统且充满活力的研究领域。近年来，无过渡金属参与的策略因其避免重金属污染、条件温和等优势而受到关注。其中，利用亲电炔烃（如炔酮、炔酯等）与氮杂环反应生成1,3(4)-偶极复合物（两性离子）的策略，为氮杂环的多样化修饰提供了独特途径。这些两性离子作为关键中间体，可通过其乙烯基碳负离子中心与各类亲电试剂（如CH-酸、OH-酸、不饱和化合物等）发生级联反应，实现从简单杂环到复杂稠环体系的高效构建。

N-和/或C-官能团化

以N-甲基咪唑（1a）或异喹啉（2a）与炔酸酯（3）及CH-酸（如4-羟基-6-甲基-2H-吡喃-2-酮）的三组分反应为例，氮杂环亲核进攻炔烃三键形成两性离子，其碳负离子中心被CH-酸捕获，最终得到N-烯基-C-芳基取代的杂环产物（5或6）。该过程无需金属催化剂，条件温和，产率良好。

环化反应（稠环构建）

与吡咯骨架的稠合

2-乙炔基吡啶衍生物（24）与亲电炔烃（3或8）通过(3+2)-环加成反应生成吲哚嗪（indolizines，33）。反应中形成的两性离子经环化构建吡咯环，并产生卡宾中间体，可进一步发生多样性转化。该策略适用于12种含氮杂环底物，展现出良好普适性。

与其他杂环的稠合

异喹啉（22）与炔酮（8）及CH-酸（如丙二腈）反应，通过两性离子介导的级联过程，构建吡咯并[2,1-a]异喹啉（36）等稠环体系。该反应实现了异喹啉C1位官能团化与环化的一步完成，为合成多取代稠杂环提供了高效方法。

开环反应

Δ¹-吡咯啉（18）与亲电炔烃（3、8或19）在水存在下发生开环反应，生成δ-酮氨基烯酮或氨基丙烯腈（68），主要以Z-构型获得，产率高达85%。该过程涉及两性离子与水形成的半缩胺中间体发生C(2)-N键断裂，实现了吡咯啉环的选择性开环。

开环/关环反应

喹啉（22）与亲电炔烃（8或19）在氢氧化钾和水存在下，经历两性离子形成、吡啶环开环生成肉桂醛衍生物，再发生分子内醛基与胺的缩合关环，最终得到3-酰基或3-氰基-2-芳基喹啉（75）。该反应实现了喹啉C-H键的双官能团化与环重构。

扩环反应

N-乙烯基-C-乙炔基咪唑啉（9）在Cs₂CO₃或CsF作用下发生扩环反应，生成九元环烯烃中间体，经跨环环化得到1,2,3,4-四氢吡咯并[1,2-a]吡嗪（80），产率43–90%。该策略可直接从咪唑啉（7）与炔烃一锅法实现，为中等尺寸氮杂环的合成提供了新途径。

结论

无过渡金属参与的氮杂环与亲电炔烃反应，通过1,3(4)-两性离子中间体触发的级联过程，实现了氮杂环的多样化官能团化、环化、开环及扩环。该策略条件温和、避免金属污染，为合成具有荧光性质或生物活性的复杂氮杂环化合物提供了绿色、高效的途径，在药物合成和材料科学中具有广阔应用前景。